bİyokİmya ii - sistem.nevsehir.edu.tr · katabolizma üç safhada gerçekleĢir. ortak...

09.05.2018

1

BİYOKİMYA II

Dr. NaĢit ĠĞCĠ

EK NOT

• Ġndirgenme-yükseltgenme (redüksiyon-oksidasyon, redoks) tepkimeleri de biyokimya açısından çok önemli tepkimelerdir.

• Basitçe, elektron kaybı yükseltgenme, elektron kazanımı indirgenme olarak adlandırılır.

• Metabolik yollarda en az fosfat grubu aktarımları kadar önemli olan bir diğer konu da elektronların transferidir.

• Kemotroflar serbest enerji ihtiyaçlarını glukoz ve yağ asitleri gibi besin maddelerinin. Oksijenli solunum yapan organizmalarda en son elektron alıcısı O2 dir.

Ortak biyokimyasal tepkimeler

09.05.2018

2

• Yakıt molekülleri ve onların parçalanma ürünlerinden elektronlar doğrudan O2 ye transfer edilmez. Bu substratlar, elektronlarını önce özel yapıdaki bazı elektron taşıyıcı moleküllere aktarır. Bu taĢıyıcıların indirgenmiĢ formları yüksek potansiyelli elektronlarını, mitokondri iç membranında yerleĢmiĢ bulunan bir elektron taĢıma zinciri vasıtasıyla oksijene aktarırlarken ATP sentezlenir. Bu olaya oksidatif fosforilasyon adı verilir.


• Nikotinamid adenin dinükleotit (NAD+), besin moleküllerinin yükseltgenmesinde en baĢta gelen elektron alıcısıdır.

• Bir substratın oksidasyonunda, NAD+ nınnikotinamid halkası iki elektron ve bir hidrojen iyonu kabul eder. Bu indirgenmiĢ hali NADH ile gösterilir.

• Dehidrogenasyon reaksiyonu adı verilen bu reaksiyonlarda substrat üzerindeki hidrojen iyonlarından birisi doğrudan NAD+ ya transfer edilirken diğeri de çözeltiye geçer. Substrattarafından kaybedilen her iki elektron da nikotinamid halkasına aktarılır.


09.05.2018

3

• Besin moleküllerinin yükseltgenmesinde (oksidasyonunda) görev alan ikinci bir elektron taĢıyıcısı da flavin adenin dinükleotittir. Okside formu FAD, redükte formu FADH2 olarak gösterilir.

• FAD de NAD+ gibi iki elektron taĢıyıcısıdır.

• Birçok biyosentez olayında ön maddeler, ürünlerden daha yükseltgenmiĢ halde bulunur ve ATP’nin yanı sıra indirgeyici güce de ihtiyaç duyulur. Ġndirgeyici biyosentez olaylarının çoğunda elektron vericisi nikotinamid adenin dinükleotit fosfattır (NADPH). Bu molekül de aynen NADH gibi elektron taĢır.


• Bununla beraber, NADPH indirgeyici biyosentezolaylarında kullanılırken, NADH elektronlarını solunum zincirine aktararak ATP sentezinde görev alır.

• NADH, NADPH ve FADH2 katalizörlerin, yani enzimlerin yokluğunda O2 ile çok yavaĢ reaksiyona girerler. Benzer Ģekilde ATP de enzim olmadan çok yavaĢ bir hızda hidrolizlenir. Bu anlamda metabolikyollar temelde enzimler tarafından kontrol edilir.


09.05.2018

4

• Hans Krebs tarafından ileri sürüldüğü Ģekliyle, besin maddelerinin oksidasyonuyla enerji üretimi, yani katabolizma üç safhada gerçekleĢir.


Safha I

Safha II

Safha IIIAsetil birimleri CO2 ye yükseltgenir ve her bir asetilgrubu için 4 çift elektron 3 adet NAD+ ve 1 adet FAD’yetransfer edilir.

• Anabolizma da, katabolizmanın üçüncü safhasındaki küçük yapı taĢlarından baĢlayarak üç safhada gerçekleĢir. Örneğin protein sentezinde, sitrik asit devrinde yer alan alfa-keto asitlerin aminasyonu ile meydana gelen alfa-amino asitler kullanılır.

• Bu anlamda üçüncü safha, anabolizma ve katabolizmanın ortak basamağıdır.

• Bununla birlikte, katabolik ve anabolik yollar aynı reaksiyon basamaklarına sahip değillerdir. Örneğin glikojenin laktik aside çevrilmesi çok iyi bilinen 12 enzimatik basamakla gerçekleĢmektedir. Fakat laktik asitten glikojen sentezinde katabolik 12 enzimatikbasamaktan 9’u kullanılmakta ve 4 tane değiĢik enzim de görev almaktadır.


09.05.2018

5

• Özellikle ökartyotik hücrelerde, katabolizma ve anabolizma yolları hücre içi yerleĢim olarak da farklılık gösterir.

• Örneğin yağ asitlerinin asetil CoA’ya kadar parçalanmasını katalizleyen enzimler mitokondri matriksinde yer alırken, yağ asitlerinin asetilCoA’dan sentezi sitoplazmada bulunan enzimler vasıtası ile gerçekleĢir.

• Bu durum, birbirine paralel anabolik ve katabolikyolların birbirinden bağımsız olarak aynı zamanda gerçekleĢmesini sağlar.


Metabolik yolların hücre içi kontrolü

09.05.2018

6

Protein Metabolizması

• Amino asitler;

• Protein monomerleri

• Azot içeren diğer bileĢiklerin sentezinde amino grubu ya da azot vericisi olarak görev alırlar

• Glikoz hemostazında önemli, glikojenik amioasitlerden glikoz oluĢumu.

• Karaciğer amino asit metabolizmasında çok önemlidir.

• Emilen amino asitlerin önemli bir kısmı karaciğerde iĢlem görür: baĢka amino asitlerin ve proteinlerin sentezinde kullanılır, amonyak koparılarak ketoasitlere dönüĢtürülürler.

Amino Asit Metabolizması

09.05.2018

7

H

H3N+ C COOH

R

Amino grubuamonyakkaynağıdır

Aminoasidin karboniskeletiVeya ketoasid

• Keto asitler ise yağ asitlerine veya glikoza dönüĢtürülürler, veya CO2 ve suya kadar yıkımlanırlar.

• Amino asitler katabolize olurken önce amino grubu ayrılır ve sonra da karbon iskeleti katabolize olur. Bu amino grupları hücrede amonyak kaynağıdırlar.

• Bu yolla elde edilen amonyağın bir kısmı tekrar bazı biyolojik reaksiyonlarda kullanılır. Ancak amonyak fazla miktarda hücre için toksik olan bir bileĢiktir.

• Amino asitlerin amino gruplarından oluĢan serbest amonyağın bir kısmı azot içeren bileĢiklerin yapı taĢı olarak kullanılabilir, kalan kısmıysa karaciğerde üreye dönüĢtürülür, kan yoluyla böbreklere taĢınır ve idrarla atılır. Ġdrarın azot içeren bileĢiklerinin yaklaĢık %90’ı üredir.


09.05.2018

8

• Üre, aminoasidlerden elde edilen amino gruplarının temel atılım Ģeklidir ve idrarın azot içeren bileĢiklerinin %90’nını oluĢturur. Üre molekülünün içerdiği azotlardan birisi serbest NH3’den (amonyak) diğeri aspartattan gelir. Üre karaciğerde oluĢur (üre döngüsü) ve böbreklerle (idrar yoluyla) atılır. Böbrek bozukluğu olan hastalarda kan üre düzeyi artar.

• Diyet primer olarak proteinlerden oluĢtuğu zaman, aminoasidlerin karbon iskeletleri metabolik yakıt olarak kullanılır ve fazla miktardaki amino grubundan yüksek miktarda üre elde edilir. Uzun süreli açlıkta metabolikenerji olarak kas proteinleri kullanılmaya baĢlayınca da üre sentezi artmaktadır.


• Protein yıkımı sonucu oluĢan serbest amino asitlerin yaklaĢık yarısı tekrar protein sentezinde kullanılır.

• TCA döngüsündeki ara metabolit keto-asitler olan pirüvik asit, okzaloasetik asit, alfa-ketoglutarik asitin keton grupları yerine amino grupları gelmesiyle sırasıyla alanin, aspartik asit ve glutamik asit oluĢur.

• Tarnsaminasyon olarak adlandırılan bu reaksiyonlarda pirisoksamin fosfat koenzimolarak iĢ görür.

• Hücreler, transaminasyonla uygun amino asitlere dönüĢtürülebilecek keto asitleri sentezleyebilirler.


09.05.2018

9

• Aminoasit yıkımında temel problem amino gruplarının uzaklaĢtırılıp yok edilmesidir. Bu amaçla insanda temel iki sistem kullanılmaktadır:

• 1. Direkt deaminasyon• 2. Transdeaminasyon• Aminoasitlerin amino gruplarını yok edilmesinde

vücutta temel kullanılan sistem transdeaminasyondur. Direk deaminasyon sistemleri çok fazla kullanılan yöntemler değildir.

• Lizin, treonin, prolin ve hidroksiprolin aminoasidlerihariç tüm aminoasidler transaminasyona uğrar. Serin ve treonin aminoasidleri serin dehidrataz ve treonindehidrataz enzimleri ile direkt olarak deamineedilmektedir.


• Transdeaminasyon sistemi iki temel reaksiyondan oluĢmaktadır:

• 1. Transaminasyon

• 2. Deaminasyon

• Amino asitlerin çoğu bu reaksiyona uğrar.

• Birinci aĢama olan Transaminasyonda amino asitlerden amino grubu transaminaz(aminotransferaz) enzimi ile uzaklaĢtırılır.

• Bu reaksiyonlar sonucunda amino grubu baĢka bir bileĢiğe aktarılarak en sonunda L-glutamat ve L-aspartat amino asitleri oluĢur.


09.05.2018

10

H

H3N+ C COO-

R1

H

C COO-

R1

H

H3N+ C COO-

R2

H

C COO-

R1

AMİNOTRANSFERAZ

PP

-KETOGLUTARAT

GLUTAMAT

Ketoasid

• Hücreler çeĢitli aminotransferaz enzimleri içerirler. Bunlardan en önemli iki tanesi:

• AST (Aspartat aminotransferaz, Glutamat okzaloasetattransaminaz)

• ALT (Alanin aminotransferaz, Glutamat pirüvattransaminaz)

• Amino asitlerin çoğunun amino grubu glutamattatoplanır.

• Deaminasyon basamağında ise bunlar glutamatdehidrogenaz enzimiyle amonyak oluĢturmak üzere ayrılır.

• Daha önce bahsedilen aminotransferaz enzimlerinin ve glutamat dehidrogenazın birlikte yaptıkları iĢ genel olarak transdeaminasyon olarak adlandırılır.


09.05.2018

11

Karbonhidrat Metabolizması

• Karbonhidrat metabolizması adı altında ilk akla gelen ve en önemli olan yol glukoz metabolizmasıdır.

• Glukoz, potansiyel enerji açısından oldukça zengin olması nedeniyle iyi bir yakıttır. Aynı zamanda biyosentetik tepkimeler için çok sayıda metabolikara ürün sağlayan bir öncül maddedir.

• Aerobik organizmalarda son elektron alıcı molekül oksijendir ve bu canlılarda glukoz en son CO2 ve H2O’ya dönüĢtürülerek büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerjinin bir kısmı ATP formunda kazanılır, bir kısmı da diğer amaçlar için (vücut ısısını dengede tutmak gibi) kullanılır.

Karbonhidrat metabolizması

09.05.2018

12

• Hayvanlarda ve damarlı bitkilerde glukozun 4 ana akıbeti (yolu) vardır:

• 1) Hücre dıĢı boĢlukta yer alan yapısal polisakkaritlerin sentezinde kullanılabilir

• 2) Hücrelerde depolanabilir (glikojen, niĢasta vb.)• 3) Glikoliz yolu ile ATP ve bazı metabolik ara ürünler

oluĢturarak üç karbonlu bir bileĢik olan pirüvatoluĢturmak üzere yükseltgenir.

• 4) Pentoz fosfat yolağı ile yükseltgenerek nükleik asit sentezinde kullanılmak üzere riboz 5-fosfat ve indirgen biyokimyasal reaksiyonlar için NADPH oluĢumunu sağlar.

Karbonhidrat metabolizması

Glukoz

Hücre dıĢı matriks ve hücre duvarı

polisakkaritleri

Glikojen, niĢasta, sükroz

Riboz 5-fosfat Pirüvat***

Yapısal polimerlerin sentezi Depolama

Pentoz fosfat yolu ile yükseltgenme

Glikoliz yolu ile yükseltgenme

GLUKOZ KULLANIMININ ANA YOLAKLARI

Glikonik asit üzerinden

09.05.2018

13

• Glikozun enerji temini (ATP sentezi) için pirüvik asit üzerinden yıkımlanmasına genel olarak glikoliz adı verilir.

• Anaerob ve aerob olmak üzere iki farklı yoldan cereyan eder. Her iki yolda da pirüvik asit (pirüvat) ortak ara üründür.

• Mitokondrisi ve yeterli oksijeni olan hücrelerde glikolizde pirüvat asetil koenzim A’ya dönüĢtürülür ve son olarak CO2 ve H2O’ya kadar yıkım gerçekleĢir.

• Glukozun laktata dönüĢümü ise anaerobik glikolizdir.

Glikoliz

Glikolizde oluĢturulan pirüvatın olası 3 akıbeti

Hipoksi veya anaerobik Ģartlarda

Anaerobik Ģartlarda

Aerobik Ģartlarda

ġiddetli kasılan kaslarda, eritrositlerde, diğer bazı hücrelerde ve mikroorganizmalarda laktatfermantasyonu

Sitrik asit döngüsü

Aerobik Ģartlarda hayvan, bitki ve birçok mikroorganizmada

Glikoliz(10 ardıĢık tepkime)

Mayalarda etanole fermantasyon

Fermentasyon: Enerji elde etmek üzere glukozveya diğer organik besinlerin anaerobik olarak parçalanmasına verilen genel bir isimdir.

LDH

09.05.2018

14

• Pirüvattan, pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi katalizörlüğünde sentezlenen Asetil koenzim A, okzaloasetat ile reaksiyona girerek sitratı meydana getirir. Bu nedenle sitrat döngüsü olarak isimlendirilir.

• Sitrat ve bundan sonra Ģekillenecek olan bazı reaksiyon ürünleri 3’er karboksil grubu taĢıdığından TCA döngüsü de denir.

• Bu döngüde, glikolizisten gelen asetil koA’lartamamen yıkımlanarak enerji bakımından zengin moleküller elde edilirken, okzaloasetat reaksiyon sonunda yenilenir.

Trikarboksilik (Sitrik) Asit Döngüsü

• Piruvattan; piruvat karboksilaz ile okzaloasetatoluĢurken, piruvat dehidrogenaz enzim kompleksi ile asetil koA oluĢur.


09.05.2018

15

09.05.2018

16

• Sitoplazmada glikolizde 1 glikozdan 4-2=2 ATP ve 2 NADH+H+

• Mitokondride;• 2 pirüvat > 2 Asetil koA = 2 NADH+H+

• 2 Asetil koA > TCA döngüsü > 6 NADH+H+ + 2 FADH2 + 2 ATP (GTP’den)

• Toplam 10 NADH+H + 2 FADH2 + 4 ATP• Oksidatif fosforilasyonda her bir NADH+H+’tan 3

ATP, her bir FADH2’den 2 ATP sentezlenir.• Bu durumda süreç sonunda 38 molekül ATP

sentezlenir. (iskelet kası hücrelerinde 36, NADH+H+

’ların mitokondriye taĢınmasıyla iliĢkili)


09.05.2018

17

• ADP’den ATP sentezi

• Substrat seviyesinde fosforilasyona glikoliz örnek verilebilir.

• Oksidatif fosforilasyon mitokondride gerçekleĢir.

• NADH+H, FADH2 gibi elektron transfer potansiyelleri yüksek moleküller enerji bakımından zengindir. Bu moleküllerdeki elektronların iç mitokondri membranlarındaki elektron transport enzimlerince oksijene transfer edilmesiyle açığa çıkan enerji ATP sentezinde kullanılır.

Oksidatif fosforilasyon

bİyokİmya ii - sistem.nevsehir.edu.tr · katabolizma üç safhada gerçekleĢir. ortak...

Documents